наука о свойствах и проявлении жизни на молекулярном уровне

Биология как наука. Методы научного познания. Уровни организации живого.

Краткий конспект

Биология (от греч. bios — жизнь и logos — слово, понятие, учение) — наука о живой природе. Термин «биология» был предложен в 1802 г. Ж. Б. Ламарком и Г.Р. Тревиранусом независимо друг от друга.

Система биологических наук

Биологические науки можно подразделить по направлениям исследований.

1. Науки, изучающие систематические группы живых организмов:

· вирусология — наука о вирусах;

· микробиология — наука о микроорганизмах;

· микология — наука о грибах;

· ботаника (фитология) — наука о растениях;

· зоология — наука о животных;

· антропология — наука о человеке.

2. Науки, изучающие разные уровни организации всего живого:

· молекулярная биология — наука о свойствах и проявлении жизни на молекулярном уровне;

· цитология — наука о клетках;

· гистология — наука о тканях.

Науки, изучающие структуру, свойства и проявления жизни отдельных организмов:

· анатомия — наука о внутреннем строении;

· морфология — наука о внешнем строении;

· физиология — наука о жизнедеятельности целостного организма и его частей;

· генетика — наука о наследственности и изменчивости организмов.

3. Науки, изучающие структуру, свойства и проявления коллективной жизни и сообществ живых организмов:

· экология — наука об отношениях живых организмов между собой и окружающей их средой;

· биогеография — наука о закономерностях географического распространения живых организмов.

4. Науки о развитии живой материи:

· биология индивидуального развития — наука о развитии живого организма от момента его зарождения до смерти;

· эволюционное учение — наука об историческом развитии живой природы;

· палеонтология — наука о развитии жизни в прошлые геологические времена.

5. Науки, использующие различные методы исследований:

· биохимия (на стыке биологии и химии) — наука о химических веществах и процессах в живых организмах;

· биофизика (на стыке биологии и физики) — наука о физических и физико-химических явлениях в живых организмах.

6. Прикладные науки:

· биотехнология — совокупность методов получения полезных для человека продуктов и явлений с помощью живых организмов;

· бионика — разработка технических устройств по подобию живых систем, растениеводство, животноводство, ветеринария и др.

Задачи биологии

Они состоят в изучении закономерностей проявления жизни (строения и функции живых организмов и их сообществ, распространение, происхождение и развитие, связи друг с другом и неживой природой); раскрытии сущности жизни; систематизации многообразия живых организмов.

Методы биологических исследований

Современная биология располагает широким набором методов исследования, перечислим основные:

· метод наблюдения и описания — заключается в сборе и описании фактов;

· метод измерений — использует измерения характеристик объектов;

· сравнительный метод — основан на анализе сходства и различий изучаемых объектов;

· исторический метод — изучает ход развития исследуемого объекта;

· метод эксперимента — дает возможность изучать явления природы в заданных условиях;

· метод моделирования — позволяет описывать сложные природные явления с помощью относительно простых моделей.

Связь биологии с другими науками

Биология тесно связана с фундаментальными науками (математикой, физикой, химией), естественными (геологией, географией, почвоведением), общественными (психологией, социологией), прикладными (биотехнологией, бионикой, растениеводством, охраной природы) и входит в комплекс естественных наук, т.е. наук о природе.

Значение биологии

Биология является теоретической основой таких наук, как медицина, психология, социология. Биологические знания используются в пищевой промышленности, фармакологии, сельском, лесном и промысловом хозяйстве. Достижения биологии используются при решении глобальных проблем современности: взаимоотношения общества с окружающей средой, рационального природопользования и охраны природы, продовольственного обеспечения.

Достижения биологии:

1. Формулировка принципов современной систематики (К.Линей)

2. Формулировка эволюционной теории Ч. Дарвина

3. Формулировка клеточной теории (М. Шлейден, Т. Шванн, Р. Вирхов, К. Бэр)

4. Исследование закономерностей наследственности и изменчивости ( Г.Мендель, Х де Фриз, Т.Морган и др.)

5. Формулировка учения о биосфере (В. Вернадский)

6. Установление молекулярной структуры ДНК и ее роли в передаче наследственной информации в живой материи (Ф. Крик, Дж.Уотсон, М. Уилкинс)

7. Расшифровка генетического кода (Р. Холли, Х.Г. Корана, М. Ниренберг)

8. Открытие структуры гена и генетической регуляции синтеза белков (А.М. Львов, Ф. Жакоб, Ж.-Л Моно и др.)

9. Расшифровка генома человека и других организмов

10. Определение механизмов контроля потока генетической информации

Задание: расставьте данные достижения в хронологическом порядке

БЛОК САМОКОНТРОЛЯ:

Часть 1. Вопрос 2.

Биология как наука. Методы научного познания. Уровни организации живого.

Множественный выбор.

1. Ботаника изучает:

1) Строение и функции органов растений

2) Строение органоидов в клетках растений

3) Синтез органических веществ в пластидах

4) Наследование признаков у растительных организмов

5) Развитие растений в течение геологического времени

Источник

Биология как наука. Изучение природы. Организация живой природы

Предмет, задачи и методы биологии

Многообразие живой природы настолько велико, что современная биология представляет собой комплекс биологических наук, значительно отличающихся одна от другой. При этом каждая имеет собственный предмет изучения, методы, цели и задачи.

Система биологических наук

Биологические науки можно разделить по направлениям исследований.

Методы биологии

Современная биология располагает широким набором методов исследования. Основными являются следующие методы.

Связь биологии с другими науками. Биология принадлежит к комплексу естественных наук, то есть наук о природе, и тесно связана с другими науками:

Уровни организации живой природы

Иерархичность организации живой материи позволяет условно подразделить её на ряд уровней. Уровень организации живой материи — это функциональное место биологической структуры определённой степени сложности в общей иерархии живого.
Выделяют следующие уровни организации живой материи.

Уровни организации живой материи

Необходимо отметить, что биогеоценотический и биосферный уровни организации живой материи выделяют не всегда, поскольку они представлены биокосными системами, включающими не только живое вещество, но и неживое. Также часто не выделяют субклеточный и органно-тканевой уровни, включая их в клеточный и организменный соответственно.

Источник

Билеты по общей биологии. Биологические науки

Биологические науки, их задачи, объекты изучения. Методы биологии. Уровни организации живой материи. Основные этапы развития биологии, их краткая характеристика. Геномика. Протеомика. Биоинформатика. (БИЛЕТ 2)

1. Науки, изучающие систематические группы живых организмов:

· микробиология — наука о микроорганизмах;

· микология — наука о грибах;

· ботаника (фитология) — наука о растениях;

· зоология — наука о животных;

· антропология — наука о человеке.

Науки, изучающие разные уровни организации всего живого :

· молекулярная биология — наука о свойствах и проявлении жизни на молекулярном уровне;

· цитология — наука о клетках;

· гистология — наука о тканях.

Науки, изучающие структуру, свойства и проявления жизни отдельных организмов:

· анатомия — наука о внутреннем строении;

· морфология — наука о внешнем строении;

· физиология — наука о жизнедеятельности целостного организма и его частей;

· генетика — наука о наследственности и изменчивости организмов.

Науки, изучающие структуру, свойства и проявления коллективной жизни и сообществ живых организмов:

· экология — наука об отношениях живых организмов между собой и окружающей их средой;

· биогеография — наука о закономерностях географического распространения живых организмов.

Науки о развитии живой материи:

· биология индивидуального развития — наука о развитии живого организма от момента его зарождения до смерти;

· эволюционное учение — наука об историческом развитии живой природы;

· палеонтология — наука о развитии жизни в прошлые геологические времена.

Науки, использующие различные методы исследований:

· биохимия (на стыке биологии и химии) — наука о химических веществах и процессах в живых организмах;

· биофизика (на стыке биологии и физики) — наука о физических и физико-химических явлениях в живых организмах.

· биотехнология — совокупность методов получения полезных для человека продуктов и явлений с помощью живых организмов;

· бионика — разработка технических устройств по подобию живых систем, растениеводство, животноводство, ветеринария и др

1. Наблюдение – целенаправленное восприятие объектов, явлений с помощью органов чувств или приборов. Основное условие наблюдения – это объективность, т.е. возможность проверки полученных данных с помощью повторного наблюдения. Полученное в результате наблюдение факты называется данными. Они могут быть как качественными, так и количественными. Количественные данные являются более точными.

а. Невооруженным глазом или с использованием оптических и иных приборов (лупа, микроскоп, электронный микроскоп, дифференциальное центрифугирование, рентгеноструктурный анализ);

б. Визуализация живых структур и процессов (методы лучевой диагностики – рентген, УЗИ, томографии).

На основе полученных данных формулируется гипотеза. Гипотеза – это предположение о данном явлении(исследовании)(объекте), ее обязательно нужно проверить экспериментами.

2. Эксперимент – это научный поставленный опыт, наблюдение объекта происходит в контролируемых условиях, которые позволяют выявить характеристики данного объекта или явления.

а. In Vivo – используется живое существо. Особенность – этические проблемы;

б. In Vitro – используются живые биологические объекты (клетки, ткани, органные структуры), выращиваемые вне организма в условиях культуры. Особенность – проблемы интерпретации;

в. Природные “эксперименты” – мутации (закон гомологичных рядов Н.И.Вавилова), уродства.

Высшей формой эксперимента является моделирование.

3. Моделирование – это изучение объектов или явлений с помощью моделей.

б. КОМПЬЮТЕРНОЕ (дизайн лекарств, в т.ч. на наноносителях); in silico

4.Исторический метод – выясняет закономерности появления и развитие организмов, становления их структур и функций. С помощью данного метода получают признание теории и гипотезы, которые отвергались раньше.

Уровни организации живой материи

Ученые древности были выдающимися биологами, но биология, как теоретическая основа медицины, стала формироваться в 19 веке.

Второй этап- связан с переходом к систематизации накопленного в ботанике и зоологии материала и построению первых таксономических классификаций. Клеточная теория Шванна и Шлейдена (1839)

Третий этап, начавшийся с опубликования труда Ч. Дарвина «Происхождение видов» (1859) и завершившийся на рубеже XIX–XX вв., был временем революционного перелома в биологии. Открыты фундаментальные законы наследственности, чем обязаны Менделю (1865), Моргану (1910-1916)

Четвертый этап – Возникают представления об экологической системе, учение и биосфере и ноосфере (Вернандский). А Гаррод заложил основы молекулярной патологии (1908).Развивалась молекулярная биология, изучалась генетика человека.

Геномика — раздел молекулярной генетики, посвящённый изучению генома и генов живых организмов.

Протеомика — область молекулярной биологии, посвящённая идентификации и количественному анализу белков (иными словами, высокопроизводительному исследованию белков).

Биоинформатика — применение компьютерных методов для решения задач молекулярной биологии, в основном анализа разных последовательностей ( нуклеотидов, аминокислот и т.д)

Микроэволюция – эволюционные изменения, которые идут внутри вида и приводят к его дифференцировке, завершаясь видообразованием.

Вид – это совокупность особей, сходных по биохимическим и морфофизиологическим признакам, способных скрещиваться между собой, давать плодовитое потомство и образовывать общий ареал.

Популяция –структурная единица вида и единица эволюции.

Популяция–это минимальная самовоспроизводящаяся группа особей одного вида,

на протяжении эволюционно длительного времени населяющая определенное пространство, образующая самостоятельную генетическую систему и формирующая собственную экологическую нишу.

Каждая популяция характеризуется определенной генетической структурой –генофондом. Генетическая структура популяции – соотношение в популяции различных генотипов и аллелей.

Генофонд популяции характеризуется частотами аллелей и генотипов.
Пути и механизмы видообразования

-новые виды возникают за счёт распадения ареала родительского вида

-при расселении исходного вида периферические популяции становятся родоначальниками новых видов.

а) автополиплоидия (Пример: хризантемы 9, 18, 27, 36 –число хромосом)

б) межвидовая гибридизация(слива=терн+алыча)

в) репродуктивной изоляция (у погремка ранне-и позднецветущие формы)

Схема географического и экологического видообразования:

Способы образования видов по Э.Майру:

Типичный пример дивергентного видообразования –14 видов вьюрков Галапагосских островов.

Число видов НЕ изменяется.

Естественный отбор. Формы естественного отбора. Специфическое действие естественного отбора в человеческих популяциях.

Естественный отбор— способствует исчезновению или распространению уже существующих признаков в популяции

Необходимой предпосылкой отбора служит борьба за существование — конкуренция за пищу, жизненное пространство, партнера для спаривания.

Естественный отбор происходит на всех стадиях онтогенеза организмов и обеспечивает в конечном итоге избирательное размножение генотипов. Благодаря естественному отбору признаки, повышающие выживаемость и репродуктивную способность, накапливаются в ряду поколений, изменяя генетический состав популяций в биологически целесообразном направлении.

а) постепенное усложнение и повышение организации живых форм;

б) относительная приспособленность к условиям существования;

в) многообразие видов.

Значение ЕО в человеческих популяциях ослабело настолько, что он утратил значение как фактор видообразования. Это обусловлено возрастанием значения социальных факторов исторического развития человечества и постепенным ослаблением роли биологических факторов эволюции человека. Однако за естественным отбором осталась функция стабилизации генофондов и поддержания наследственного разнообразия популяций людей. О действии на популяцию человека стабилизирующей формы естественного отбора свидетельствует, например, большая перинатальная смертность среди недоношенных и переношенных новорождённых. Направление отбора в этом случае определяется снижением общей жизнеспособности новорождённых.

Понятие о биологическом виде. Критерии вида. Популяционная структура вида. Генетическая структура популяции. Закон Харди-Вайнберга.

2. Биохимический критерий – общность строения белков и нуклеиновых кислот; не абсолютен, потому что разные виды имеют очень большую степень сходства (человек и шимпанзе имеют 98% общих белков).

3. Цитогенетическимй критерий – сходство числа и строения хромосом. Примерами неабсолютности данного критерия также является человек и шимпанзе.

4. Географический критерий – проживание на одной территории; не абсолютен. Есть виды бактерии, обитающие повсеместно.

6. Физиологический критерий – сходство в протекании физиологических процессов

7. Генетический критерий – способность особей вида скрещиваться и давать плодовитое потомство. Иногда скрещиваться могут особи, относящиеся к разным видам.
Популяционная структура вида

При расселении на занимаемой территории вид распадается на более мелкие группы, которые относительно изолированы друг от друга. Эти группы называются популяциями. Термин «популяция» введен в биологию в 1903 году В.Иогансеном.

Генофонд – это совокупность генов популяции. Между популяциями вида идет обмен генов. Сумма генофондов популяций представляет генофонд вида. Особи популяции характеризуются генетическим полиморфизмом: в их состав входят гомозиготы доминантные (АА), гомозиготы рецессивные (аа) и гетерозиготы (Аа). Такой генетический полиморфизм является следствием панмиксии – свободного скрещивания животных или свободы выбора партнера для брака в популяциях человека.

По количеству особей популяции бывают большие и малые. Большие популяции человека содержат более 4 тысяч особей.

Демы и изоляты – это субпопуляции человека. Численность особей в демах составляет 1500-4000 человек, внутригрупповые браки в них – 80-90%, приток генов из других групп – 1-2%. Демы – относительно кратковременные и нестойкие объединения особей. Изоляты – малые популяции – содержат до 1500 человек, внутригрупповые браки – свыше 90%, приток генов из других групп – менее 1%.

Популяции человека характеризуются демографическими показателями: рождаемостью и смертностью (разница между ними составляет прирост населения), возрастной структурой, родом занятий, экономическим положением общества, экологическим состоянием среды. Популяции человека имеют возрастающую численность, в них снижено действие естественного отбора, происходит разрушение изолятов, наблюдается сходство условий жизни людей в разных климатических зонах.

Генетическая структура популяции – соотношение в популяциях различных генов и аллелей. Она определяется богатством генофонда популяции (совокупность генов всех особей популяции).Любая популяция представляет собой непрерывный поток поколений благодаря обмену генами, который происходит в результате скрещивания особей друг с другом. Признаки, появившиеся в ходе независимого комбинирования генов, определяют формирование фенотипа организмов и обусловливают изменчивость в популяции. В ходе естественного отбора адаптивные фенотипы сохраняются, а неадаптивные исчезают. Так формируется генетическая реакция всей популяции, которая определяет выживание данного вида. Только те особи популяции, которые выжили и оставили потомство, вносят вклад в будущее своего вида.

Источник